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开发低成本以及高活性的双功能氧电催化剂是发展高性能可充电锌-空气电池的核心和难点。在众多催化剂中，将层状金属氢氧化物（LDH）和杂原子掺杂的碳相结合的复合型催化剂具有优异的氧还原（ORR）和氧析出（OER）活性。但如何采用简易且可行的制备方法设计具有双活性位的、廉价的电催化剂仍然是棘手的。 近日，江苏师范大学的刘飒、赵新生课题组，采用包括水热碳化、碱活化、S/N共掺杂以及金属共沉淀等过程，以廉价的生物质桃胶为前驱体，获得了S,N共掺杂的多孔碳耦合双金属（Ni,Fe）层状氢氧化物复合型电催化剂（NiFe-LDH/SNC）。结果表明，SNC基底上存在丰富的N掺杂物种和含氧官能团，从而使得NiFe-LDH纳米片可均匀地垂直生长于多孔的SNC基底上；并且，NiFe-LDH纳米片通过M-N-C和M-O-C和SNC基底形成良好的电荷耦合作用。
图1. (a) NiFe-LDH/SNC的SEM图；（b）NiFe-LDH/SNC的TEM图；插图为HRTEM图；（C）NiFe-LDH/SNC的XRD结果；(d) NiFe-LDH/SNC的N2吸脱附等温线；(e,f) NiFe-LDH/SNC的Ni 2p和Fe 2p XPS谱图。 由于复合型催化剂中同时存在ORR和OER活性位，NiFe-LDH/SNC催化剂在碱性电解液中展示出优异的双功能氧电催化活性。例如，10 mA cm-2时的OER过电势为298 mV；ORR半波电势为0.736 V。进一步，将制备的NiFe-LDH/SNC应用于锌-空气电池时，电池表现出优异的性能：开路电压为1.36 V，最大功率密度为100 mW cm-2，比容量为816 mAh gZn-1，充放电寿命达500 h（2 mA cm-2）。该工作为设计合成高效稳定的廉价双功能氧电催化剂提供了简单易行且有效的策略。 图2. (a)碱性电解液中的ORR和OER性能；(b) 锌-空气电池开路电压；插图：两个串联电池驱动的红色LDH；(c) 电池的充放电极化曲线及功率密度；(d) NiFe-LDH/SNC催化的锌-空气电池的不同电流密度下的放电平台；(e) NiFe-LDH/SNC催化的锌-空气电池不同电流密度下的充放电循环曲线；(f) 不同电池在2 mA cm-2下的充放电循环曲线；(g) 充放电初始阶段和终止阶段下的循环曲线。 论文信息 Peach Gum-Derived S,N Co-Doped Nanoporous Carbon Coupled with Layered Double (Ni, Fe) Hydroxide for Efficient Bifunctional Oxygen Electrocatalysis in Zn-Air Batteries Luyuan Wang, Jingwen Zhu, Sijie Zhu, Liujie Lu, Ping Zhu, Prof. Xinsheng Zhao, Dr. Sa Liu ChemNanoMat DOI: 10.1002/cnma.202200242
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